強夯處理地基時強夯振動的測試研究

馮建斌

0 引言

我國是一個多山的國家，隨著在山區填土地基上的建設工程越來越多，強夯法在山區填土地基處理工程中的應用也越來越多，由于一些大型建設工程要求地基加固處理的深度大，承載力要求高，故強夯逐步向高能級的方向發展，勢必對周圍的一些建(構)筑物造成振動破壞，因此，如何經濟有效地做好山區填土地基的處理工作，又對周圍的建(構)筑物不至于造成破壞，研究強夯的振動影響將是一個非常有價值的研究課題。

1 強夯法處理地基的特點

強夯法是 20世紀 60年代末、70年代初首先在法國發展起來的，它一般是用重量為100 kN～400 kN的重錘，落距6m～40m的沖擊振動地基，使地基土壓密和振密，以加固地基土，達到提高強度降低壓縮性的目的。1971年，法國人L.梅納(Menard)正式將該加固地基方法定名為“動力固結法”。

強夯法處理地基開始時多用于處理粗粒土地基，后來由于施工方法的改進，逐步推廣應用于細粒土地基。我國現行的規范規定:強夯法適用于處理碎石土、砂土、低飽和度的粉土和粘性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基，對高飽和度的粉土和粘性土等地基，多采用在夯坑內回填塊石，碎石、礦渣、建筑垃圾等堅硬粗粒材料進行強夯置換時，應通過現場試驗確定其適用性。

強夯法由于具有加固效果顯著、適用土類廣泛、設備簡單、施工方便、節省勞動力、施工周期短、不耗貴重材料甚至不耗材料、造價低等優點，成為我國地基處理的一項重要技術。

強夯法處理地基的缺點是振動和噪聲大，這也決定了強夯在離城市較遠的山區填土地基中的應用越來越廣泛。我國規范規定:當強夯施工所產生的振動對鄰近建(構)筑物或設備會產生有害的影響時，應設監測點，并采取挖隔振溝等隔振或防振措施。因此對于強夯振動影響的測試研究是十分重要的。

2 強夯振動影響的測試方法、原理及危害判別標準

2.1 強夯時的振動影響

強夯的巨大沖擊能可使夯擊區附近的場地下沉或隆起，并以沖擊波向外傳播，使鄰近的場地振動，從而使建筑物振動，危害建筑物及人們的身心健康。

強夯振動的特征:強夯為一點振源，兩擊間隔幾分鐘，為一自由振動，與地震影響不同，因此危害也不同，一般認為強夯振動對建筑物的危害與爆破相當。

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強夯時地面振動的影響隨能級的不同而變化，在同一土質的場地上振動危害隨能級的增大而加強。

強夯時地面振動的周期隨著土質不同而變化，土質松軟則長，堅硬則短。

強夯時隨夯擊遍數增加，場地得到加固，振動振幅加大。

強夯的振動速度隨著夯點距離增大急劇衰減。

2.2 強夯振動的測試方法、原理

強夯振動采用的儀器為振動測試儀和高靈敏度寬頻帶速度傳感器。

測試前，將一對高靈敏度傳感器中的一個傳感器垂直方向埋入測試點，另一個傳感器水平方向埋入測點，連接到測試儀，打開測試儀，檢查正常后進行數據采集，當強夯錘自由落下后，產生振動信號，被傳感器接收并被儀器采集記錄，通過對采集的數據進行時域和頻域分析，得到水平徑向、垂直的位移振幅、振動速度、振動加速度、振動頻率。

2.3 強夯振動的危害判別標準

強夯振動對建筑物的危害與爆破相似，危害判別標準現在很不統一，表1為GB 6722-86爆破安全規程對某些建(構)筑物的允許質點峰值振動速度表，表 2為SL 47-94水工建筑物巖石基礎開挖施工技術規范新澆筑大體積混凝土面上的安全質點振動速度值表。

表1 《爆破安全規程》對某些建(構)筑物的允許質點峰值振動速度

表2 《水工建筑物巖石基礎開挖施工技術規范》新澆筑大體積混凝土面上的安全質點振動速度值

3 工程實例

3.1 工程地質概況

本工程為大型火力發電廠，建設場地為填方區，原始地形地貌為沖溝等低洼地帶，土石方回填前場地內主要為魚塘、水田、山腳旱地，最大回填深度為 28.10m，為典型的深挖高填山區地基。

場地內的地層巖性主要包括:人工填土、第四系沖洪積層、第四系殘坡積層、中寒武世高臺組白云巖等。

①人工填土主要為碎石素填土，為破碎巖塊及少量粘性土組成的碎石土，碎石成分為白云巖及灰巖，碎石含量約為55%，土體中存在大孔隙。

②第四系沖洪積層主要為粘土，液限大于 50，孔隙比大于 1，為次生紅粘土。

③第四系殘坡積層主要為粘土，液限大于 50，孔隙比大于 1，為紅粘土。

④中寒武世高臺組全風化、強風化、中等風化白云巖層。

地基處理主要是針對人工填土層進行，強夯能級采用4 000 kN?m，6 000 kN?m與8 000 kN?m三種。

3.2 測試概況

試驗區按設計要求進行場地準備，選擇夯點，確定測試間距，埋設傳感器，進行單點夯擊試驗，在夯擊過程中進行振動測試。

3.2.1 測試儀器

本次測試采用的測試儀器為中國科學院武漢巖土研究所生產的FDP204PDA-IP掌上測試儀和KS-4B高靈敏度寬頻帶速度傳感器及其他輔助設備。

3.2.2 振動測試點的布置

4 000 kN?m試區:測試點距夯點中心5m～205m，共17個點。

6 000 kN?m試區:測試點距夯點中心10m～200m，共15個點。

8 000 kN?m試區:測試點距夯點中心10m～235m，共17個點。

3.2.3 測試結果

4 000 kN?m試區:最近測試距離為5m，5m處的最大位移為0.27mm、最大速度為5.2 cm/s、最大加速度為10.07g，在205m處最大垂向速度振幅低于 0.15mm/s，最大徑向速度振幅低于0.005mm/s。距夯點25m處，最大垂向速度振幅低于10.0mm/s，最大徑向速度振幅低于0.4mm/s。

6 000 kN?m試區:最近測試距離為10 m，10m處的最大位移為0.2mm、最大速度為6.6 cm/s、最大加速度為22.8g，在200m處最大垂向速度振幅約 0.1 mm/s，最大徑向速度振幅低于0.01mm/s。距夯點45m處，最大垂向速度振幅低于5.0mm/s，最大徑向速度振幅約0.5mm/s。

8 000 kN?m試區:最近測試距離為10m，10m處的最大位移為1.8mm、最大速度為13.7 cm/s、最大加速度為11.0g，在235m處最大垂向速度振幅低于 1.0 mm/s，最大徑向速度振幅低于0.3mm/s。距夯點100m處，最大垂向速度振幅低于5.0mm/s，最大徑向速度振幅約1.0mm/s。

4 000 kN?m試區:強夯振動對周圍建筑影響的最小安全距離為25.0m;

6 000 kN?m試區:強夯振動對周圍建筑影響的最小安全距離為45.0m;

8 000 kN?m試區:強夯振動對周圍建筑影響的最小安全距離為50.0m。

4 結語

1)強夯法由于其施工速度快，工藝簡單，價格便宜，施工質量有保證等優點，因此在山區填土地基處理中得到越來越多的應用。

2)對于強夯振動影響的危害研究有利于解決因本施工方法自身的缺點而造成的局限性，對于該方法進一步的推廣應用非常重要。

3)振動測試為我們解決振動影響的危害提供了一種科學依據，應加強在試夯時對振動的監測試驗，從而有利于采取正確可行的隔振防振措施。

[1] JGJ 79-2002，建筑地基處理技術規范[S].

[2] GB 6722-86，爆破安全規程[S].

[3] SL 47-94，水工建筑物巖石基礎開挖施工技術規范[S].